Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИХ СВОЙСТВ ГЛУТАТИОНА С ИОНАМИ РТУТИ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИМ И СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДАМИ

Дорожко Е.В. 1 Короткова Е.И. 1 Воронова О.А. 1 Плотников Е.В. 1 Вишенкова Д.А. 1 Дерина К.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
В работе исследованы комплексобразующие свойства глутатиона с ионами ртути Hg2+ и Hg22+ потенциометрическим и спектрофотометрическим методами. Глутатион выбран в качестве стандартного вещества из тиоловых соединений, способного образовывать устойчивые комплексы с ионами ртути Hg2+ и Hg22+ . Таким образом, на основании значений констант устойчивости комплексов ионов ртути (I) и (II) с глутатионом можно сделать вывод, что наиболее стабильным является комплекс ионов двухвалентной ртути состава Hg[GS]2. Это позволяет предположить, что он формируется быстрее, чем комплекс Hg2[GS]2 в случае совместного присутствия ионов ртути (I) и (II) в системе, что согласуется с литературными данными. Методом потенциометрии определены составы комплексов ртуть – глутатион и их константы устойчивости. Выявлено, что комплекс состава Hg[GS]2 (1:2) обладает большей устойчивостью, чем Hg2[GS]2 (1:1). Метод спектрофотомерии использован для сравнения полученных результатов по составу комплекса Hg[GS]2 (1:2), которые согласуются с данными потенциометрического метода.
комплексные соединения
глутатион
ионы ртути
потенциометрия
спектрофотометрия
1. Булатов М.И., Калинкин М.П. Практическое руководство по фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методам анализа. – М.: Химия, 1986. – С. 432.
2. Кравцов В.И. Равновесие и кинетика электродных реакций комплексов металлов. – Ленинград: «Химия», 1985. – С. 207.
3. Практикум по электрохимиипод ред. Б.Б. Дамаскина. – М.: Высшая школа, 1991. – С. 287.
4. Alan P. Arnold and Alan.I., Canty Can. J. Chern., 1983, no 61, p. 1428
5. Ballatori N. and Clarcson T. W., Science, 1982, no 63, p. 216.
6. Bramanti E.,D’Ulivo A.,Lampugnani L.,Raspia G. and Zambonia R., J. Anal. At. Spectrom., 1999, no 14, pp.179–185.
7. Emteborg H., Hadgu N. and Baxter D. C.,Anal. At. Spectrom.,1994, Vol. 32, no. 9, pp. 106–112.
8. Mazen Y. Hamed, Journal of Inorganic Biochemistry, 1988, рp. 67–72.
9. Paul D. Oram, Xiaojun Fang, and Quintus Fernando, Chem. Res. Toxicol., 1996, Vol. 9, no 4, pp. 709–712.
10. Puk R. and Weber J. H., Appl. Organomet. Chem., 1994, Vol. 8, no. 5, pp. 293–301.
11. Ramaswamy S.G. and Jakoby W.B. Methods Enzymol., 1987, Vol. 143, pp. 201–211.
12. Robert J. M. and Rabenstein D. L., Anal. Chem., 1991, no. 63, p. 2674.
13. SemihaCakır, Ender Bicer, Osman Cakır, 2000, Electrochemistry Communications 2, pp. 124–129.
14. Starý J. andKratzer K., Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 1988, Vol. 126, no 1, pp. 69–75.
15. Stricks W. and Kolthoff I. M., J.Am. Chem. Soc., 1953, no 75, p. 5673.

За последнее время проявляется повышенный интерес к изучению комплексообразования между ионами тяжелых металлов и биологически-активными лигандамитиоловых соединений [7, 10]. Токсичность ртути проявляется главным образом за счет взаимодействия с тиоловыми группами белковых молекул, образующих устойчивые комплексы, опасные для здоровья человека [11]. К тому же, высокое сродство SH-групп тиоловых соединений относительно катионов ртути Hg2+ и Hg22+ может использоваться в аналитических и диагностических целях [11]. Кроме того, исследования комплексообразования тиоловых соединений с ионами ртути представляют интерес в клинической биохимии, фармакологии, химии координационных соединений и в области защиты окружающей среды [5, 12].

В настоящее время известно немного научных работ по исследованию комплексообразования тиоловых соединений с ионами ртути разными методами [6, 9, 14]. В работах представлены данные по физико-химическим характеристикам комплексов тиоловых соединений с ртутью, не согласующиеся между собой. Вероятно, это связанно с тем, что при исследовании комплексообразования используются разные реакционные среды, отличающиеся значением рН, концентрациями исходных веществ, ионной силой раствора и другими параметрами [13].

В работе для исследования комплексообразующих свойств тиоловых соединений был выбран глутатион как стандартное вещество. В работе проведено детальное исследование состава вероятных комплексов системы глутатион-ртуть, преобладающих в растворе, определены их константы устойчивости методом потенциометрии. В качестве метода сравнения для определения состава комплекса Hg[GS]2 был выбран метод спектрофотометрии. Выбор данных методов для исследования явления комплексообразования не случаен, т.к. из большинства методов потенциометрия и спектрофотометрия являются простыми в аппаратурном применении и не требуют дорогостоящих реактивов.

Материалы и методы исследования

Для определения состава комплекса Hg(GS)2 и его константы устойчивости (lgβ2) в работе использовалась установка для измерения ЭДС системы, платиновый и хлорид-серебрянные электроды, растворы солей Hg(NO3)2 (1·10–6 моль/л). Постоянство ионной силы поддерживалось раствором KNO3 (1 моль/л). Использовался свежеприготовленный раствор GSH (5 моль/л), из которого методом последовательного разбавления готовили другие растворы GSH. Определение потенциала системы проводили в боратном буферном растворе (рН 9,18). Исследуемый раствор продували инертным газом азотом для удаления следов кислорода.

Спектрофотометрические исследования комплексообразования системы Hg(II)-GSH проводились на спектрофотометре СФ-46, с помощью кюветы с толщиной поглощающего слоя 1 см. Диапазон длины волн для поиска максимума спектра комплекса устанавливался в области 180–250 нм с погрешностью ±0,1 нм. В качестве раствора сравнения использовали бидистиллированную воду.

Методика потенциометрического титрования

В тщательно промытую ячейку вводили 25 мл боратного буферного раствора, 0,1 мл раствора KNO3 (1 моль/л) и точно измеренные объемы по 0,1 мл раствора Hg(NO3)2 (3·10–6 моль/л). При непрерывном пропускании через раствор азота замеряли через каждые 5 мин. ЭДС до установления постоянного значения. Из градуировочной бюретки последовательно вводили по 0,1 мл растворов GSH разных порядков. После введения новой порции раствора GSH и перемешивания с помощью инертного газа определяли значение ЭДС. Рассчитывали концентрацию GSH в ячейке после введения каждой порции.

Результаты исследования и их обсуждения

Исследование комплексообразования системы ртуть-глутатион методом потенциометрии

Из литературных данных известно, что потенциометрические методы широко используются для исследования комплексообразования [2–3].

Если ион ртути Hg2+ c частицами лиганда GS– образуют последовательный ряд комплексов: Hg2+[GS–]i (i = 0, 1, n), то в условиях равновесия общая концентрация ионов металла-комплексообразователя будет связана с концентрациями ступенчатообразующихся отдельных комплексов [Hg2+GS–I], концентрацией не связных в комплекс ионов металла [Hg2+] и лиганда [GS–] соотношениями:

Eqn49.wmf (1)

где

Eqn50.wmf (2)

где βi – общая концентрационная константа восстановления комплекса.

Когда на электроде протекает реакция Eqn51.wmf устанавливается потенциал, равный

Eqn52.wmf (3)

Подставляя уравнение (1) в (3) получаем:

Eqn53.wmf (4)

Следует отметить, что значение формального электродного потенциала в данных формулах Eqn54.wmf отличается от стандартного потенциала Eqn54.wmf включением значений коэффициента активности и диффузионного потенциала. Использование индифферентного электролита позволяет практически элиминировать диффузионный потенциал.

Анализ экспериментальных зависимостей Е от концентраций ионов Hg2+ и лиганда GS– при различных их соотношениях на основе уравнения (4) позволяет определить параметры процесса комплексообразования – число лигандов (n) и константу устойчивости комплекса GSH-Hg(II) (lgβ2).

При постоянстве [GS–], когда СGS >> CHg2+ и [GS–] ≈ СGS– ≈ const, должна наблюдаться линейная зависимость Е от LnCHg2+ с коэффициентом наклона RT/zF. С другой стороны, при СGS >> CHg2+, как правило, начиная с определенных, достаточно высоких СGS, в растворе присутствует практически один комплекс Hg2+GS–n. В этом случае

Eqn55.wmf (5)

и при СHg2+ = const должна иметь место линейная зависимость Е от ln CGS–, из коэффициента наклона которой можно определить n:

Eqn56.wmf (6)

Значение Е0/Hg2 + /Hg0 определяют в системе, не содержащей комплексообразующих частиц, а только ионы ртути Hg2 + по уравнению:

Eqn57.wmf (7)

Экстраполируя прямую Е – ln CGS к значению ln СGS = 0, можно найти Еизм2 и согласно уравнению (8) определить ln βn:

Eqn58.wmf (8)

Результаты потенциометрического титрования для участка прямолинейной зависимости потенциала системы от логарифма концентраций GSH представлены на рис. 1.

pic_46.wmf

Рис. 1. Зависимость потенциала системы ртуть (II) – глутатион (Е, В) от ln СGSH. Концентрация ионов Hg2+ 3·10–6 моль/л

На основании экспериментальных данных угол наклона прямолинейной части составил: tgα = –0,073. Подставляя данное значение в уравнение (6), было определено количество лигандовn = 2,48 ≈ 2. Согласно рис. 1 величина потенциала системы не содержащей лиганды GS–, а только ионы Hg2+, составила Еизм1 = + 1,20 В. При подстановке данного значения в уравнение (7) было определено Eqn59.wmf. Экстраполируя прямую Е – lnCGS к значению ln СGS = 0 и используя уравнение (8), была определена константа устойчивости комплекса Hg[GS]2 lnβ2 = 88,39 или logβ2 = 38,38.

Анализ экспериментальных зависимостей Е от концентраций ионов одновалентной ртути Hg22+ и лигандов GS– при различных их соотношениях, используя аналогичный алгоритм исследования по формулам (1)–(8), позволил определить параметры процесса комплексообразования для комплекса одновалентной ртути Hg2[GS]2.

Была определена константа устойчивости комплекса Hg2[GS]2 lnβ2 = 36,03 или logβ2 = 15,64.

Таким образом, на основании значений констант устойчивости комплексов ионов ртути (I) и (II) с глутатионом можно сделать вывод, что наиболее стабильным является комплекс ионов двухвалентной ртути состава Hg[GS]2. Это позволяет предположить, что он формируется быстрее, чем комплекс Hg2[GS]2 в случае совместного присутствия ионов ртути (I) и (II) в системе, что согласуется с литературными данными [11].

Исследование комплексообразования системы ртуть-глутатион методом спектрофотометрии

Метод спектрофотометрии был выбран для сравнения полученных результатов по составу комплекса Hg[GS]2 c методом потенциометрии.

Максимум спектров поглощения Hg(II) (CHg(NO3)2 = 1,5·10–5 моль/л) и GSH (CGSH = 1,5·10–5 моль/л) соответствуют значениям lHg(II) = 200 нм и lGSH = 195 нм (рис. 2). При совместном присутствии Hg(II) и GSH появляется новый спектр поглощения при 220 нм, соответствуя спектру поглощения комплексного соединения системы Hg(II) – GSH. В дальнейшем оптическую плотность измеряли при l = 220 нм.

По кривой насыщения (рис. 3) методом молярных соотношений [15] найдены оптимальные мольные соотношения компонентов комплексного соединения Hg(II) – GSH при l = 220 нм, которые равны 1:2.

Таким образом, в данных условиях эксперимента был обнаружен спектр поглощения комплексного соединения Hg[GS]2 при l = 220 нм. Количество лигандов GS–, входящих в состав комплекса, равно 2, что подтверждает полученные данные по составу комплекса Hg[GS]2 методом потенци0ометрии.

pic_47.wmf

Рис. 2. Спектры поглощения систем ртуть – глутатион в водных средах: 1 – GSH (CGSH = 1,5·10–5 моль/л); 2 – Hg(NO3)2 (CHg(NO3)2 = 1,5·10–5 моль/л); 3 – комплекса Hg(II)-GSH (CGSH = 1,5·10–5 моль/л и CHg(NO3)2 = 1,5·10–5 моль/л)

pic_48.wmf

Рис. 3. Зависимость оптической плотности раствора А от мольного соотношения [GSH]/[HgII]

В результате исследований методом потенциометрии определены составы комплексов Hg2[GS]2 и Hg[GS]2. Количество лигандов в обоих случаях равно 2. Методом потенциометрии определены константы устойчивости комплексов: logβ2 = 38,38 для комплекса Hg[GS]2 и logβ2 = 15,64 для комплекса Hg2[GS]2. Выявлено, что комплекс состава Hg[GS]2 (1:2) обладает большей устойчивостью, чем комплекс состава Hg2(GS)2 (1:1). Методом спектрофотометрии получены результаты по составу комплекса Hg[GS]2 (1:2), которые согласуются с данными потенциометрического метода.

Работа выполнена в рамках государственного задания «Наука» по теме 3.2702.2011.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации 14.124.13.7366-МК.

Рецензенты:

Слепченко Г.Б., д.х.н., профессор кафедры физической и аналитической химии, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск;

Колпакова Н.А., д.х.н., профессор кафедры физической и аналитической химии, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», г. Томск.

Работа поступила в редакцию 01.07.2013.


Библиографическая ссылка

Дорожко Е.В., Короткова Е.И., Воронова О.А., Плотников Е.В., Вишенкова Д.А., Дерина К.В. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИХ СВОЙСТВ ГЛУТАТИОНА С ИОНАМИ РТУТИ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИМ И СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДАМИ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 8-3. – С. 601-604;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31965 (дата обращения: 14.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074